CN220306963U - 一种恒压差限流均衡控制电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及BMS电池管理领域，尤其为一种恒压差限流均衡控制电路，包括超级电容、第一电池组、第二电池组、BUCK降压电路和BOOST升压电路，所述第一电池组连接BUCK降压电路，所述BUCK降压电路连接超级电容，所述超级电容连接BOOST升压电路，所述BOOST升压电路连接其他若干个电池组。本实用新型提出的一种恒压差限流均衡控制电路，能够利用BUCK降压变换电路和BOOST升压变换电路实现在各个电芯的能量的释放，储存，转移，避免了能量的浪费，节能环保，且主动均衡电流比被动均衡的均衡电流大，均衡电流可以达到800mA至1000mA，提高了均衡的效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及BMS电池管理领域，尤其是一种恒压差限流均衡控制电路。
背景技术
为解决电池单体之间差异造成使用过程各单体电池电压偏差较大，利用电力电子技术保证每个单体电池在正常的使用时保持相同状态的调节叫电池均衡调节。通过能量转移实现的均衡称为主动均衡；主动均衡效果好，均衡效果快，节能环保。使用电阻耗散能量的均衡称为被动均衡；被动均衡电路简单，但是均衡效率低，能量损失严重。被动均衡以耗散方式使各节电芯电压一致，在均衡中浪费了电池能量转变成热能，均衡电流一般约在100mA。BMS电源管理系统目前多数使用被动均衡方案，随着电源技术的发展以及社会对于节能环保的要求，BMS电源管理系统的被动均衡方案会逐步被主动均衡方案替代，主动均衡也越来越受到社会的认可，主动均衡的电路应运而生。
实用新型内容
本实用新型的目的是通过提出一种恒压差限流均衡控制电路，以解决上述背景技术中提出的缺陷。
本实用新型采用的技术方案如下：
提供一种恒压差限流均衡控制电路，包括超级电容、第一电池组、第二电池组、BUCK降压电路和BOOST升压电路，所述第一电池组连接BUCK降压电路，所述BUCK降压电路连接超级电容，所述超级电容连接BOOST升压电路，所述BOOST升压电路连接第二电池组。
作为本实用新型的一种优选技术方案：还包括矩阵开关，所述矩阵开关分别连接至BUCK降压电路和BOOST升压电路，用于输入PWM矩阵信号。
作为本实用新型的一种优选技术方案：所述BUCK降压电路将电池组释放电能到超级电容中，所述BOOST升压电路将超级电容中的电能转移到电池组中。
作为本实用新型的一种优选技术方案：所述BUCK降压电路包括第一电感、第一场效应管和第二场效应管，所述BUCK降压电路输入端连接第一电池组，第一电池组正极连接第一场效应管漏极，第一场效应管栅极接PWM输入信号，第一场效应管源极分别接第一电感第一端和第二场效应管漏极，第一电感第二端接超级电容第一端，第二场效应管源极接超级电容第二端，第二场效应管栅极空置。
作为本实用新型的一种优选技术方案：所述BOOST升压电路包括第二电感、第三场效应管、第四场效应管，所述BOOST升压电路输入端接超级电容，超级电容第一端接第二电感第一端，超级电容第二端接第三场效应管源极，第二电感第二端接第三场效应管漏极，第三场效应管栅极接PWM输入信号，第三场效应管漏极接第四场效应管源极，第四场效应管栅极空置，第四场效应管源极接第二电池组正极，第二电池组负极接第三场效应管漏极。
作为本实用新型的一种优选技术方案：所述第二场效应管、第四场效应管栅极空置，漏极、源极接入电路中，均等效于一个续流二极管。
作为本实用新型的一种优选技术方案：所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管均为N沟道耗尽型。
本实用新型提供的一种恒压差限流均衡控制电路，与现有技术相比，其有益效果有：
本实用新型提出的一种恒压差限流均衡控制电路，能够利用BUCK降压变换电路和BOOST升压变换电路实现在各个电芯的能量的释放，储存，转移，避免了能量的浪费，节能环保，且主动均衡电流比被动均衡的均衡电流大，均衡电流可以达到800mA至1000mA，提高了均衡的效率。
附图说明
图1为本实用新型优选实施例的主动均衡电路图；
图2为本实用新型优选实施例的BUCK降压电路图；
图3为本实用新型优选实施例的BOOST升压电路图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
参照图1-图3，本实用新型优选实施例提供了一种恒压差限流均衡控制电路，包括超级电容、第一电池组、第二电池组、BUCK降压电路和BOOST升压电路，所述第一电池组连接BUCK降压电路，所述BUCK降压电路连接超级电容，所述超级电容连接BOOST升压电路，所述BOOST升压电路连接其他若干个电池组，本实施例中以第二电池组为例。
还包括矩阵开关，所述矩阵开关分别连接至BUCK降压电路和BOOST升压电路，用于输入PWM矩阵信号。
所述BUCK降压电路将电池组释放电能到超级电容中，所述BOOST升压电路将超级电容中的电能转移到电池组中。
所述BUCK降压电路包括第一电感、第一场效应管和第二场效应管，所述BUCK降压电路输入端连接第一电池组，第一电池组正极连接第一场效应管漏极，第一场效应管栅极接PWM输入信号，第一场效应管源极分别接第一电感第一端和第二场效应管漏极，第一电感第二端接超级电容第一端，第二场效应管源极接超级电容第二端，第二场效应管栅极空置。
所述BOOST升压电路包括第二电感、第三场效应管、第四场效应管，所述BOOST升压电路输入端接超级电容，超级电容第一端接第二电感第一端，超级电容第二端接第三场效应管源极，第二电感第二端接第三场效应管漏极，第三场效应管栅极接PWM输入信号，第三场效应管漏极接第四场效应管源极，第四场效应管栅极空置，第四场效应管源极接第二电池组正极，第二电池组负极接第三场效应管漏极。
所述第二场效应管、第四场效应管栅极空置，漏极、源极接入电路中，均等效于一个续流二极管。
所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管均为N沟道耗尽型。
本实施例中，以恩阶公司开发的72V电动踏板车的组成电路为例，用于四组6节电池组之间的均衡控制，均衡中主要是各电池组能量的转移，包括两大部分，第一部分，电池组释放电能到超级储电电容；第二部分，超级电容转移电能到电池组。
第一部分：采集电压，电流：采集各组电池电压，当达到均衡条件达到且超级电容电压低于1.5V，通过矩阵开关选择最大电池组电压给超级电容充电。
恒压限流充电：超级电容选择5v/10F,最大耐压5V,电池组电压约20V，选用BUCK电路降压给超级电容充电，实现较高电池组电量的释放，为了使电流平稳且充电过程可控制，BUCK电路的输出电压高于超级电容电压恒定电压2V。
BUCK降压电路输入端连接20V第一电池组，20V第一电池组正极连接第一场效应管漏极，第一场效应管栅极接PWM输入信号，第一场效应管源极分别接第一电感第一端和第二场效应管漏极，第一电感第二端接5v/10F超级电容第一端，第二场效应管源极接5v/10F超级电容第二端，第二场效应管栅极空置，第二场效应管等效于一个续流二极管。
恒压计算公式：根据PWM占空比公式输入MOS管控制PWM信号，其中，
占空比：D＝Uout/Uin
开通时间：Ton＝D/f
关断时间：Toff＝(1-D)/f
主动均衡控制电路中占空比：D＝(Vc+Vbia)/Vp
其中，D为占空比，Vc为超级电容电压，Vp为电池组电压，Vbia为设定恒定压差。
来保证BUCK降压为在5V左右超级电容充电。
第二部分：采集电压，电流：采集各组电池电压，当达到均衡条件达到且超级电容电压高于3.0V，通过矩阵开关选择，超级电容给最小电池组电压。
恒压限流放电：超级电容给约20V电池组充电，选用BOOST电路把超级电容电压升压，实现较低电池组电量的转移，为了使电流平稳且充电过程可控制，BOOST升压电路的输出电压要高于能量转移电池组电压恒定电压5V。
BOOST升压电路输入端接5v/10F超级电容，5v/10F超级电容第一端接第二电感第一端，5v/10F超级电容第二端接第三场效应管源极，第二电感第二端接第三场效应管漏极，第三场效应管栅极接PWM输入信号，第三场效应管漏极接第四场效应管源极，第四场效应管栅极空置，第四场效应管等效于一个续流二极管，第四场效应管源极接20V第二电池组正极，20V第二电池组负极接第三场效应管漏极。
恒压计算公式：根据PWM占空比公式输入MOS管控制PWM信号，其中，
占空比：D＝1-Uout/Uin
开通时间：Ton＝D/f
关断时间：Toff＝(1-D)/f
主动均衡控制电路中占空比：D＝1-Vc/(Vp+Vbia)
其中，D为占空比，Vc为超级电容电压，Vp为电池组电压，Vbia为设定恒定压差。
来保证BOOST升压到25V左右超级电容充电。
对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种恒压差限流均衡控制电路，包括超级电容、第一电池组、第二电池组、BUCK降压电路和BOOST升压电路，其特征在于：所述第一电池组连接BUCK降压电路，所述BUCK降压电路连接超级电容，所述超级电容连接BOOST升压电路，所述BOOST升压电路连接第二电池组。
2.根据权利要求1所述的恒压差限流均衡控制电路，其特征在于：还包括矩阵开关，所述矩阵开关分别连接至BUCK降压电路和BOOST升压电路，用于输入PWM矩阵信号。
3.根据权利要求2所述的恒压差限流均衡控制电路，其特征在于：所述BUCK降压电路将电池组释放电能到超级电容中，所述BOOST升压电路将超级电容中的电能转移到电池组中。
4.根据权利要求3所述的恒压差限流均衡控制电路，其特征在于：所述BUCK降压电路包括第一电感、第一场效应管和第二场效应管，所述BUCK降压电路输入端连接第一电池组，第一电池组正极连接第一场效应管漏极，第一场效应管栅极接PWM输入信号，第一场效应管源极分别接第一电感第一端和第二场效应管漏极，第一电感第二端接超级电容第一端，第二场效应管源极接超级电容第二端，第二场效应管栅极空置。
5.根据权利要求4所述的恒压差限流均衡控制电路，其特征在于：所述BOOST升压电路包括第二电感、第三场效应管、第四场效应管，所述BOOST升压电路输入端接超级电容，超级电容第一端接第二电感第一端，超级电容第二端接第三场效应管源极，第二电感第二端接第三场效应管漏极，第三场效应管栅极接PWM输入信号，第三场效应管漏极接第四场效应管源极，第四场效应管栅极空置，第四场效应管源极接第二电池组正极，第二电池组负极接第三场效应管漏极。
6.根据权利要求5所述的恒压差限流均衡控制电路，其特征在于：所述第二场效应管、第四场效应管栅极空置，漏极、源极接入电路中，均等效于一个续流二极管。
7.根据权利要求6所述的恒压差限流均衡控制电路，其特征在于：所述第一场效应管、第二场效应管、第三场效应管和第四场效应管均为N沟道耗尽型。
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